美术馆由获得有建筑界诺贝尔奖之称的普利兹克奖的坂茂设计。
为了更好地向市民展现美术馆中的作品，大分县立美术馆采用了28.5米*85.5米跨度的无柱设计。结合双层通高空间与巨大玻璃幕墙，这个80m长的立方体结构由一种编织木材的外立面所包裹，呼应了当地传统的竹制工艺。不仅如此，外形看似方正的艺术馆，在结构上却存在巨大挑战，建筑南立面采用了可向上折叠的巨大玻璃门，迎接到来的访客，并加强了艺术博物馆与周围城市区域的联系，成为室内外的过渡缓冲区。三面双层玻璃折叠门的设计也要求全部建筑承重落在唯一的背墙之上。结构团队通过离心核心筒设计和基础隔震方案来增加建筑稳定性和抗震性。由于其杰出的抗震性能，大分县立美术馆当地地震避难所之一。由于支撑结构之间跨度很大，坂茂利用类似于蓬皮杜梅斯中戏的“六边形编织”结构解决了大跨度的承载，六边形屋顶网格结构贯穿了建筑的内部空间。这一结构模型类似于伊东丰雄仙台媒体中心的“蜂窝楼板”，既解决了无柱空间的结构问题，也节省了建造成本。